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How big is 粲夸克?

1 介米!

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粲夸克

粲夸克是六种夸克中的一种。夸克是基本粒子,就目前的实验而言,它们并非由更小的东西构成,而且是质子、中子及许多其他粒子的组成成分。没有任何实验测出过粲夸克的大小,因此上方给出的 1 仄米并非实际测量值。1 仄米等于 10−21 米,即十亿分之一的万亿分之一米。

大小

在迄今为止的所有实验中,夸克的表现都像一个点。物理学家通过用其他粒子轰击目标粒子、观察它们如何反弹来探测粒子的大小。ZEUS 实验在 HERA 加速器上让电子与质子对撞,就是用这种方法,结果没有发现质子内部的夸克具有任何大小的迹象。

2016 年,ZEUS 报告了这些夸克的半径上限:若它们确实有半径,也必须小于 4.3 × 10−19 米,也就是说它们的直径小于 8.6 × 10−19 米。这只是一个上限,并非实际大小,而且数据来自质子内部的夸克,并非粲夸克本身。本站给出的 1 仄米远低于这一上限,因此没有任何实验能够证实或排除这个数值。

大小比较

  • 质子直径约 1.7 飞米(1.7 × 10−15 米),其宽度约为夸克上限的 2000 倍。
  • 如果把夸克的上限放大到网球那么大(约 6.7 厘米),质子就会变成约 130 米宽。氢原子则会变成约 8200 千米宽,大约是地球宽度的三分之二。
  • 夸克大小的上限约为 5 亿亿(5 × 1016)个普朗克长度,普朗克长度是本站中已给出具体数值的最近的更小条目。

十一月革命

1974 年 11 月,两个独立工作的团队发现了同一种新粒子。伯顿·里克特在斯坦福直线加速器中心的团队将其命名为 ψ 粒子,丁肇中在布鲁克海文国家实验室的团队则将其命名为 J 粒子。11 月 11 日,两位负责人会面后才意识到他们做出了同一项发现。里克特和丁肇中共同获得了 1976 年诺贝尔物理学奖。

如今这种粒子被称为 J/ψ 粒子,它由一个粲夸克与它的反物质伙伴——粲反夸克结合而成。它存在的时间比物理学家预期的长了约 1000 倍,许多人因此认为,要解释这一现象,需要引入第四种夸克。粲夸克此前已被预言存在,它的发现使已知夸克的种类增加到四种。

质量与电荷

粒子数据组汇集了全球的粒子测量数据,给出的粲夸克质量为 1.273 GeV。粒子物理学家用这种能量单位来衡量质量,1 GeV 等于十亿电子伏特。这使得粲夸克的质量约为一整个质子的 1.4 倍,几乎是上夸克质量的 600 倍。它带的电荷是质子电荷的三分之二。

和其他夸克一样,粲夸克从未被单独发现过。自 1977 年以来,每一次寻找自由夸克的尝试都以失败告终。

参考资料

  • Summary Tables: Quarks. Particle Data Group, 2025.
  • Limits on the effective quark radius from inclusive ep scattering at HERA. ZEUS Collaboration, Physics Letters B, 2016.
  • The Nobel Prize in Physics 1976: Press release. Royal Swedish Academy of Sciences, 1976.
  • Revisiting the b revolution. CERN Courier, 2017.
  • January 1976: From the "Oops-Leon" to the Upsilon Particle. Dan Garisto, APS News, American Physical Society, 2022.
  • The Nobel Prize in Physics 1995: Press release. Royal Swedish Academy of Sciences, 1995.
  • SI prefixes. International Bureau of Weights and Measures.
  • Proton rms charge radius. NIST CODATA, 2022.
  • Proton mass energy equivalent in MeV. NIST CODATA, 2022.
  • Bohr radius. NIST CODATA, 2022.
  • Planck length. NIST CODATA, 2022.
  • Rules of Tennis 2026. International Tennis Federation, 2026.
  • Earth Fact Sheet. NASA.

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宇宙的刻度 > 粲夸克
底夸克
底夸克又称作美夸克, 因为它无暇地美. 它是第叁代夸克, 会很快衰变为第一代夸克, 例如 上与下夸克.
中微子
微中子会穿过任何像你我一样的一般物质!事实上,现在就有非常大量的微中子穿越你的身 体!它不带电荷,只会被重力与弱力影响。因为他们实在是太小了,以致於影响也不大。
顶夸克
顶夸克是最小的夸克, 也就是说它是最重的夸克. 它的质量大概是最轻的上夸克的 10 万倍 . 顶夸克的质量是 1730 亿电子伏特(173 GeV)!
奇夸克
奇夸克非常奇怪. 它大概是上夸克的 50 倍重, 但却比较小! 很奇怪吧? 超怪的啦! "奇异 物质(Strange matter)" 就是由上、下、奇夸克组成的!
下夸克
夸克有六种"味". 分别是上、下、奇、魅、顶、底. 夸克越小, 质量越大. 因此, 上下夸克 是夸克里最轻的. 下夸克带的电荷是 -1/3.
上夸克
夸克有六种"味". 分别是上、下、奇、魅、顶、底. 夸克越小, 质量越大. 因此, 上下夸克 是夸克里最轻的. 上夸克带的电荷是 +2/3.

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